Java并发编程系列---Java中的并发工具类CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore、Exchanger

一、Java中的并发工具类

在JDK的并发包里提供了几个非常有用的并发工具类。CountDownLatch、 CyclicBarrier和Semaphore工具类提供了一种并发流程控制的手段，Exchanger工具类则提供了在线程间交换数据的一种手段。

二、CountDownLatch（等待多线程完成）

CountDownLatch允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。

CountDownLatch的构造函数接收一个int类型的参数作为计数器，如果你想等待N个点完成，这里就传入N。
当我们调用CountDownLatch的countDown方法时，N就会减1，CountDownLatch的await方法会阻塞当前线程，直到N变成零。由于countDown方法可以用在任何地方，所以 这里说的N个点，可以是N个线程，也可以是1个线程里的N个执行步骤。用在多个线程 时，只需要把这个CountDownLatch的引用传递到线程里即可。
如果有某个的线程处理得比较慢，我们不可能让主线程一直等待，所以可 以使用另外一个带指定时间的await方法——await(long time，TimeUnit unit)，这个方法 等待特定时间后，就会不再阻塞当前线程。join也有类似的方法。

案例：

package com.example.demo.thread;

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

/**
 * @author : pengweiwei
 * @date : 2020/2/18 5:24 下午
 */
public class CountDownLatchDemo {

	//定义计数器为2
    static CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        new Thread(() -> {

            System.out.println("1");
            countDownLatch.countDown(); //计数器减1
            System.out.println("2");
            countDownLatch.countDown(); //计数器减为0

        }).start();

        countDownLatch.await();//主线程等待 这个地方如果注释的话 主线程有可能先执行 不注释的话 一定是输出123
        System.out.println("3");
    }

}

三、CyclicBarrier（同步屏障）

CyclicBarrier的字面意思是可循环使用(Cyclic)的屏障(Barrier)。它要做的事情是，让一组线程到达一个屏障(也可以叫同步点)时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障 时，屏障才会开门，所有被屏障拦截的线程才会继续运行。

package com.example.demo.thread;

import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

/**
 * @author : pengweiwei
 * @date : 2020/2/18 5:33 下午
 */
public class CyclicBarrierDemo {


    static CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(2);

    public static void main(String[] args) throws BrokenBarrierException, InterruptedException {
        new Thread(()->{
            try {
                cyclicBarrier.await();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("1");

        }).start();

        cyclicBarrier.await(); //如果注释掉这里 则子线程会永远等待，因为没人通知他到达屏障了
        System.out.println("2");
    }
}

如果把new CyclicBarrier(2)修改成new CyclicBarrier(3)，则主线程和子线程会永远等 待，因为没有第三个线程执行await方法，即没有第三个线程到达屏障，所以之前到达屏 障的两个线程都不会继续执行。

CyclicBarrier还提供一个更高级的构造函数CyclicBarrier(int parties，Runnable barrier- Action)，用于在线程到达屏障时，优先执行barrierAction，方便处理更复杂的业务场景。

四、Semaphore（控制并发线程数）

Semaphore(信号量)是用来控制同时访问特定资源的线程数量，它通过协调各个线程，以保证合理的使用公共资源。

4.1 应用场景

Semaphore可以用于做流量控制，特别是公用资源有限的应用场景，比如数据库连 接。假如有一个需求，要读取几万个文件的数据，因为都是IO密集型任务，我们可以启 动几十个线程并发地读取，但是如果读到内存后，还需要存储到数据库中，而数据库的连 接数只有10个，这时我们必须控制只有10个线程同时获取数据库连接保存数据，否则会报 错无法获取数据库连接。这个时候，就可以使用Semaphore来做流量控制。

package com.example.demo.thread;

import org.apache.tomcat.util.threads.ThreadPoolExecutor;

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Semaphore;

/**
 * @author : pengweiwei
 * @date : 2020/2/18 5:44 下午
 */
public class SemaphoreDemo {

    private static final int THREAD_COUNT = 30; //线程个数 30
    private static  Semaphore semaphore = new Semaphore(10); //信号量 10
    static ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(THREAD_COUNT);

    public static void main(String[] args) {

        for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
            int num = i;
            executorService.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        //获取许可
                        semaphore.acquire();
                        //执行
                        System.out.println("Access: " + num);
                        Thread.sleep(new Random().nextInt(2000)); // 模拟执行时长
                        //释放
                        semaphore.release();
                        System.out.println("Release:" + num);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
        }

        executorService.shutdown();
    }
}

4.2 其他方法

Semaphore还提供一些其他方法，具体如下。

 intavailablePermits()//返回此信号量中当前可用的许可证数。
 intgetQueueLength()//返回正在等待获取许可证的线程数。
 booleanhasQueuedThreads() //是否有线程正在等待获取许可证。
 void reducePermits(int reduction) //减少reduction个许可证，是个protected方法。
 Collection getQueuedThreads() //返回所有等待获取许可证的线程集合，是个protected 方法。

五、Exchanger（线程间交换数据）

Exchanger(交换者)是一个用于线程间协作的工具类。Exchanger用于进行线程间的 数据交换。它提供一个同步点，在这个同步点，两个线程可以交换彼此的数据。这两个线 程通过exchange方法交换数据，如果第一个线程先执行exchange()方法，它会一直等待第 二个线程也执行exchange方法，当两个线程都到达同步点时，这两个线程就可以交换数 据，将本线程生产出来的数据传递给对方。

5.1 应用场景

Exchanger可以用于校对工作，比 如我们需要将纸制银行流水通过人工的方式录入成电子银行流水，为了避免错误，采用 AB岗两人进行录入，录入到Excel之后，系统需要加载这两个Excel，并对两个Excel数据 进行校对，看看是否录入一致。
例子：

package com.example.demo.thread;

import java.util.concurrent.Exchanger;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

/**
 * @author : pengweiwei
 * @date : 2020/2/18 6:10 下午
 */
public class ExchangeDemo {
    static Exchanger<String> exchanger = new Exchanger<>();
    static ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);

    public static void main(String[] args) {
        //第一个线程
        executorService.execute(() -> {
            try {
                String a = "123";
                exchanger.exchange(a);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        executorService.execute(() -> {
            String b = "123";
            try {
                String a = exchanger.exchange(b);

                System.out.println("A和B数据是否一致:" + a.equals(b) + "，A录入的是:"
                        + a + "，B录入是:" + b);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
		executorService.shutdown();
    }


}
// 运行结果：A和B数据是否一致:true，A录入的是:123，B录入是:123

如果两个线程有一个没有执行exchange()方法，则会一直等待，如果担心有特殊情况 发生，避免一直等待，可以使用exchange(V x，longtimeout，TimeUnit unit)设置最大等 待时长。